CN102939994B - 银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型的银/铜改性K4Nb6O17的制备方法，步骤如下：取99.99%纯度的K2CO3和Nb2O5，混合研磨；将研磨后的混合物以800℃煅烧4～5小时后，再研磨至粉末状，再以1000℃煅烧4～5小时得到K4Nb6O17；将CuSO4·5H2O、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮气氛围下搅拌20～30min；添加硼氢化钠，并在氮气环境下反应20～30min；所得产物离心洗涤、烘干；投加相当于K4Nb6O17质量0.5%～2%的Ag，重复步骤（3）（4）所得物质经过离心洗涤后的产物干燥至粘稠状；将上述合成的粘稠状聚合物均匀涂抹于载体表面，80℃下烘干后从载体表面取下再以400～500℃烘烤60～90min，得到银/铜改性K4Nb6O17薄膜。本发明所得薄膜对细菌的灭活性能好对用水水质的改善能起到积极作用。

Description

银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光催化薄膜，尤其是涉及一种对细菌有高效灭活能力的光催化薄膜及其制备方法。
背景技术
人类的生活一直遭受着生物污染的威胁，例如威胁我们饮水安全的细菌中以大肠杆菌最为常见，致病性大肠杆菌常常通过人畜肠道呼吸道，甚至通过粘膜进入血液引发的疾病，如败血症、气囊炎和心包炎等，若不加以严格管理和适当处理将会对人体健康和生态环境造成危害。我国的排放标准对于如医院类的一些细菌污水排放高的单位有特殊的规定和要求。我们也迫切地需要有效地控制细菌污染。
光催化灭活细菌技术相比传统的化学药剂例如氯、臭氧处理，光催化灭活细菌是一种高效，安全，经济的选择，得以快速的发展。研究发现TiO2光催化材料在紫外灯照射下可以有效的去除水体的细菌，所以传统的光催化法利用TiO2作为光催化材料来去除水中的细菌，但是紫外光能量只占入射太阳光能量的4%,此外紫外线对人体有伤害，且耗能高制约了其进一步发展。K4Nb6O17是一种优秀的光催化材料，具有独特的结构可以更好的利用可见光存在的能量，相比传统的光催化剂具有巨大的优势，是一种有前途的催化材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种银/铜改性的K4Nb6O17薄膜，对K4Nb6O17进行改性，以提高其对细菌的灭活效果。所得薄膜在可见光照射下通过银/铜纳米复合材料协同K4Nb6O17的光催化效果显著减少细菌的活性。
本发明的另一个目的在于提供一种银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法。
一种银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法，步骤如下：
（1）取99.99%纯度的K2CO3和Nb2O5，混合研磨；
（2）将研磨后的混合物以800℃煅烧4～5小时后，再研磨至粉末状，再以1000℃煅烧4～5小时得到K4Nb6O17；                          
（3）将CuSO4·5H2O、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮气氛围下搅拌20～30min；Cu：K4Nb6O17：H2O=5～20：1000：10000（质量比）；聚乙烯吡咯烷酮的质量为溶液总质量3～5%；
（4）添加硼氢化钠，并在氮气环境下反应20～30min；所得产物离心洗涤、烘干；按照每升溶液中添加3～5mol的比例投加硼氢化钠；步骤（4）烘干温度60℃、时间12小时以上；
（5）投加相当于K4Nb6O17质量0.5%～2%的Ag，重复步骤（3）（4）所得物质经过离心洗涤后的产物干燥至粘稠状； 
（6）将上述合成的粘稠状聚合物均匀涂抹于载体表面，80℃下烘干后从载体表面取下再以400～500℃烘烤60～90min，得到银/铜改性K4Nb6O17薄膜。涂抹的比例为0.20～0.30g/cm2，所述的载体是玻璃。
原理表述：本发明提供的制备方法通过分别将Ag、Cu的化合物在聚乙烯吡咯烷酮的保护下进行硼氢化钠还原和热处理。制成了Ag、Cu纳米材料均匀分散的K4Nb6O17薄膜。Ag、Cu纳米材料抑制了催化中电子空穴结合，提高了K4Nb6O17薄膜的光催化效果。协同Ag、Cu自身对细菌的灭火特性，大大加强了所制成薄膜的灭菌效果。
本发明具有以下优点：
1.对细菌有着高效的灭活能力：以大肠杆菌为例，可在45min内达到对大肠杆菌超过99%灭活能力，有着最出色的催化能力。
2. 银/铜改性K4Nb6O17薄膜可重复使用，使用周期长，清洁方便，可成批生产等优点。
3. 银/铜改性K4Nb6O17薄膜能够快速达到对细菌的去除效果，依赖可见光，能耗低，对水质中细菌的灭活具有显著效果，可改善水体有重大的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所得银/铜改性K4Nb6O17薄膜的扫描电镜示意图，放大倍数为2000倍；1- K4Nb6O17聚合物颗粒。说明经过热处理，K4Nb6O17聚合物形成颗粒物载体，是浮着金属Cu 、Ag纳米材料基础。
图2、3为对实施例1所得薄膜的光电子能谱分析图，其中图2的波峰显示金属Cu纳米材料在K4Nb6O17薄膜上广泛存在；图3的波峰显示金属Ag纳米材料在K4Nb6O17薄膜上广泛存在。
具体实施方式
实施例1
一种银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法，步骤如下：
（1）取按7：10的摩尔比将99.99%纯度的K2CO3和Nb2O5，混合研磨；
（2）将研磨后的混合物以800℃煅烧5小时后，再研磨至粉末状，再以1000℃煅烧5小时得到K4Nb6O17；                          
（3）将CuSO4·5H2O、步骤（2）制得的K4Nb6O17和水以Cu：K4Nb6O17：H2O=5：1000：10000的质量比混合，并添加相当溶液总质量3%的聚乙烯吡咯烷酮，在氮气氛围下搅拌20min；
（4）按照每升溶液中添加4mol的比例投加硼氢化钠，并在氮气环境下反应20min。所得产物离心洗涤、60℃干燥12小时；
（5）投加相当于K4Nb6O17质量0.5%的Ag，重复步骤（3）（4）所得物质经过离心洗涤后的产物在60℃下干燥至粘稠状； 
（6）将上述合成的粘稠状聚合物以0.25g/cm2的比例均匀涂抹于玻璃片表面，80℃下烘干后从玻璃片表面取下再以400℃烘烤70min,得到银/铜改性K4Nb6O17薄膜。
实施例2
使用银/铜改性K4Nb6O17薄膜去除实验室中大肠杆菌：在催化薄膜上均匀放上一层大肠杆菌培养基，其中大肠杆菌的浓度为3.0×107 CFU/ml，在2盏10W荧光灯照射下，经过45min，灭活大肠杆菌超过99%。
实施例2至4各步骤的工艺参数以及添加组份的比例见表1：
表1 

Claims (2)

1. 一种银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法，步骤如下：
（1）取99.99%纯度的K2CO3和Nb2O5，混合研磨,K2CO3：Nb2O5=7：10摩尔比；
（2）将研磨后的混合物以800℃煅烧4～5小时后，再研磨至粉末状，再以1000℃煅烧4～5小时得到K4Nb6O17；                          
（3）将CuSO4·5H2O、K4Nb6O17以及水混合，并添加聚乙烯吡咯烷酮，在氮气氛围下搅拌20～30min,Cu、K4Nb6O17、H2O三者的质量比为5～20：1000：10000；聚乙烯吡咯烷酮的质量为溶液总质量3～5%；
（4）按照每升溶液中添加3～5mol的比例投加硼氢化钠，并在氮气环境下反应20～30min；所得产物离心洗涤、烘干,烘干温度60℃、时间12小时以上；
（5）投加相当于K4Nb6O17质量0.5%～2%的Ag，重复步骤（3）（4）所得物质经过离心洗涤后的产物干燥至粘稠状； 
（6）将上述合成的粘稠状聚合物均匀涂抹于载体表面，80℃下烘干后从载体表面取下再以400～500℃烘烤60～90min，得到银/铜改性K4Nb6O17薄膜。
2.根据权利要求1所述的银/铜改性K4Nb6O17薄膜的制备方法，其特征在于步骤（6）以0.20～0.30g/cm2的比例将粘稠状聚合物均匀涂抹于载体表面，所述的载体是玻璃。
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